De celkern is het belangrijkste organel, de plaats van opslag en reproductie van erfelijke informatie. Dit is een membraanstructuur die 10-40% van de cel inneemt, waarvan de functies erg belangrijk zijn voor het leven van eukaryoten. Maar zelfs zonder de aanwezigheid van een kern is de realisatie van erfelijke informatie mogelijk. Een voorbeeld van dit proces is de vitale activiteit van bacteriële cellen. Niettemin zijn de structurele kenmerken van de kern en het doel ervan erg belangrijk voor een meercellig organisme.
Locatie van de kern in de cel en zijn structuur
De kern bevindt zich in de dikte van het cytoplasma en staat in direct contact met het ruwe en gladde endoplasmatisch reticulum. Het is omgeven door twee membranen, waartussen zich de perinucleaire ruimte bevindt. In de kern bevindt zich een matrix, chromatine en wat nucleoli.
Sommige volwassen menselijke cellen hebben geen kern, terwijl andere functioneren onder omstandigheden van ernstige remming van hun activiteit. Over het algemeen wordt de structuur van de kern (schema) gepresenteerd als een nucleaire holte, begrensd door een karyolemma van de cel, die chromatine en nucleoli bevat die in het nucleoplasma zijn gefixeerdnucleaire matrix.
Structuur van het karyolemma
Voor het gemak van het bestuderen van de kerncel, moet de laatste worden gezien als bellen, beperkt door schelpen van andere bellen. De kern is een bel met erfelijke informatie die zich in de dikte van de cel bevindt. Het wordt beschermd tegen zijn cytoplasma door een dubbellaags lipidemembraan. De structuur van de schil van de kern is vergelijkbaar met het celmembraan. In feite onderscheiden ze zich alleen door de naam en het aantal lagen. Zonder dit alles zijn ze identiek in structuur en functie.
De structuur van het karyolemma (kernmembraan) is tweelaags: het bestaat uit twee lipidelagen. De buitenste bilipidelaag van het karyolemma staat in direct contact met het ruwe reticulum van het celendoplasma. Intern karyolemma - met de inhoud van de kern. Er is een perinucleaire ruimte tussen het buitenste en binnenste karyomembraan. Blijkbaar werd het gevormd als gevolg van elektrostatische verschijnselen - afstoting van gebieden met glycerolresten.
De functie van het kernmembraan is het creëren van een mechanische barrière die de kern van het cytoplasma scheidt. Het binnenmembraan van de kern dient als fixatieplaats voor de nucleaire matrix - een keten van eiwitmoleculen die de bulkstructuur ondersteunen. Er zijn speciale poriën in twee kernmembranen: boodschapper-RNA komt het cytoplasma binnen via hen naar de ribosomen. In de dikte van de kern zijn er verschillende nucleoli en chromatine.
Interne structuur van het nucleoplasma
Kenmerken van de structuur van de kern stellen ons in staat om het te vergelijken met de cel zelf. Binnen de kern is er ook een speciale omgeving (nucleoplasma),vertegenwoordigd door een gel-sol, een colloïdale oplossing van eiwitten. Binnenin bevindt zich een nucleoskelet (matrix), weergegeven door fibrillaire eiwitten. Het belangrijkste verschil ligt alleen in het feit dat er overwegend zure eiwitten in de kern aanwezig zijn. Blijkbaar is een dergelijke reactie van de omgeving nodig om de chemische eigenschappen van nucleïnezuren en het optreden van biochemische reacties te behouden.
Nucleolus
De structuur van de celkern kan niet worden voltooid zonder de nucleolus. Het is een spiraalvormig ribosomaal RNA, dat zich in de rijpingsfase bevindt. Later zal daaruit een ribosoom worden verkregen - een organel dat nodig is voor eiwitsynthese. In de structuur van de nucleolus worden twee componenten onderscheiden: fibrillair en bolvormig. Ze verschillen alleen door elektronenmicroscopie en hebben geen eigen membranen.
De fibrillaire component bevindt zich in het midden van de nucleolus. Het is een streng van ribosomaal-type RNA waaruit ribosomale subeenheden zullen worden samengesteld. Als we kijken naar de kern (structuur en functies), dan ligt het voor de hand dat daaruit vervolgens een granulaire component wordt gevormd. Dit zijn dezelfde rijpende ribosomale subeenheden die zich in de latere stadia van hun ontwikkeling bevinden. Ze vormen al snel ribosomen. Ze worden uit het nucleoplasma verwijderd via de kernporiën van het karyolemma en komen het membraan van het ruwe endoplasmatisch reticulum binnen.
Chromatine en chromosomen
De structuur en functies van de celkern zijn organisch met elkaar verbonden: er zijn alleen die structuren die nodig zijn om erfelijke informatie op te slaan en te reproduceren. Er is ook een karyoskelet(kernmatrix), waarvan de functie is om de vorm van het organel te behouden. Het belangrijkste bestanddeel van de kern is echter chromatine. Dit zijn chromosomen die de rol spelen van archiefkasten van verschillende groepen genen.
Chromatine is een complex eiwit dat bestaat uit een polypeptide met een quaternaire structuur die is verbonden met een nucleïnezuur (RNA of DNA). Chromatine is ook aanwezig in bacteriële plasmiden. Bijna een kwart van het totale gewicht van chromatine bestaat uit histonen - eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de "verpakking" van erfelijke informatie. Dit kenmerk van de structuur wordt bestudeerd door biochemie en biologie. De structuur van de kern is complex, juist vanwege het chromatine en de aanwezigheid van processen die de spiralisering en despiralisering afwisselen.
De aanwezigheid van histonen maakt het mogelijk om de DNA-streng op een kleine plaats - in de celkern - te condenseren en te completeren. Dit gebeurt als volgt: histonen vormen nucleosomen, die een structuur hebben als kralen. H2B, H3, H2A en H4 zijn de belangrijkste histon-eiwitten. Het nucleosoom wordt gevormd door vier paren van elk van de gepresenteerde histonen. Tegelijkertijd is histon H1 een linker: het is geassocieerd met DNA op de plaats van binnenkomst in het nucleosoom. DNA-verpakking vindt plaats als gevolg van de "wikkeling" van een lineair molecuul rond 8 histonstructuureiwitten.
De structuur van de kern, waarvan het schema hierboven is weergegeven, suggereert de aanwezigheid van een solenoïde-achtige structuur van DNA voltooid op histonen. De dikte van dit conglomeraat is ongeveer 30 nm. Tegelijkertijd kan de structuur verder worden verdicht om minder ruimte in te nemen en minder bloot te staan aanmechanische schade die onvermijdelijk optreedt tijdens de levensduur van de cel.
Chromatinefracties
De structuur, structuur en functies van de celkern zijn gefixeerd op het handhaven van de dynamische processen van chromatine-spiralisering en despiralisering. Daarom zijn er twee hoofdfracties: sterk spiraalvormig (heterochromatine) en licht spiraalvormig (euchromatine). Ze zijn zowel structureel als functioneel gescheiden. In heterochromatine is DNA goed beschermd tegen invloeden en kan het niet worden getranscribeerd. Euchromatine is minder beschermd, maar genen kunnen worden gedupliceerd voor eiwitsynthese. Meestal wisselen secties van heterochromatine en euchromatine elkaar af over de lengte van het gehele chromosoom.
Chromosomen
De celkern, waarvan de structuur en functies in deze publicatie worden beschreven, bevat chromosomen. Het is een complex en compact verpakt chromatine dat onder lichtmicroscopie kan worden gezien. Dit is echter alleen mogelijk als een cel zich op het glasplaatje bevindt in het stadium van mitotische of meiotische deling. Een van de fasen is de spiralisering van chromatine met de vorming van chromosomen. Hun structuur is uiterst eenvoudig: het chromosoom heeft een telomeer en twee armen. Elk meercellig organisme van dezelfde soort heeft dezelfde structuur van de kern. Zijn tabel met chromosomen is ook vergelijkbaar.
Implementatie van kernelfuncties
De belangrijkste kenmerken van de structuur van de kern houden verband met de uitvoering van bepaalde functies en de noodzaak om ze te beheersen. De kern speelt de rol van een opslagplaats van erfelijke informatie, dat wil zeggen, het is een soort archiefkast metgeschreven sequenties van aminozuren van alle eiwitten die in de cel kunnen worden gesynthetiseerd. Dit betekent dat een cel, om een functie te kunnen uitoefenen, een eiwit moet synthetiseren, waarvan de structuur wordt gecodeerd in het gen.
Om de kern te laten "begrijpen" welk specifiek eiwit op het juiste moment moet worden gesynthetiseerd, is er een systeem van externe (membraan) en interne receptoren. Informatie van hen komt via moleculaire zenders naar de kern. Meestal wordt dit gerealiseerd door het adenylaatcyclasemechanisme. Dit is hoe hormonen (adrenaline, noradrenaline) en sommige medicijnen met een hydrofiele structuur op de cel inwerken.
Het tweede mechanisme van informatieoverdracht is intern. Het is kenmerkend voor lipofiele moleculen - corticosteroïden. Deze stof dringt het bilipidemembraan van de cel binnen en gaat naar de kern, waar het interageert met zijn receptor. Als gevolg van de activering van receptorcomplexen die zich op het celmembraan (adenylaatcyclasemechanisme) of op het karyolemma bevinden, wordt de activeringsreactie van een bepaald gen getriggerd. Het repliceert, op basis daarvan wordt boodschapper-RNA gebouwd. Later wordt, volgens de structuur van de laatste, een eiwit gesynthetiseerd dat een bepaalde functie vervult.
De kern van meercellige organismen
In een meercellig organisme zijn de structurele kenmerken van de kern hetzelfde als in een eencellige. Hoewel er enkele nuances zijn. Ten eerste houdt multicellulariteit in dat een aantal cellen hun eigen specifieke functie (of meerdere) zal hebben. Dit betekent dat sommige genen altijdgedespiraliseerd terwijl anderen inactief zijn.
In vetweefselcellen zal bijvoorbeeld de eiwitsynthese inactief zijn en daarom is het grootste deel van het chromatine spiraalvormig. En in cellen, bijvoorbeeld het exocriene deel van de pancreas, zijn de processen van eiwitbiosynthese aan de gang. Daarom is hun chromatine gedespiraliseerd. In die gebieden waarvan de genen het vaakst worden gerepliceerd. Tegelijkertijd is een sleutelkenmerk belangrijk: de chromosomenset van alle cellen van één organisme is hetzelfde. Alleen vanwege de differentiatie van functies in de weefsels, worden sommigen van hen uitgeschakeld van het werk, terwijl anderen vaker worden gedespiraliseerd dan anderen.
Kerncellen van het lichaam
Er zijn cellen waarvan de structurele kenmerken van de kern misschien niet worden overwogen, omdat ze als gevolg van hun vitale activiteit de functie ervan remmen of er volledig vanaf komen. Het eenvoudigste voorbeeld zijn rode bloedcellen. Dit zijn bloedcellen, waarvan de kern alleen in de vroege stadia van ontwikkeling aanwezig is, wanneer hemoglobine wordt gesynthetiseerd. Zodra er genoeg van is om zuurstof te vervoeren, wordt de kern uit de cel verwijderd om het te vergemakkelijken zonder het zuurstoftransport te verstoren.
Over het algemeen is een erytrocyt een cytoplasmatische zak gevuld met hemoglobine. Een vergelijkbare structuur is kenmerkend voor vetcellen. De structuur van de celkern van adipocyten is extreem vereenvoudigd, het neemt af en verschuift naar het membraan, en de processen van eiwitsynthese worden maximaal geremd. Deze cellen lijken ook op "zakjes" gevuld met vet, hoewel, natuurlijk, de variëteiter zijn iets meer biochemische reacties in hen dan in erytrocyten. Bloedplaatjes hebben ook geen kern, maar ze moeten niet als volwaardige cellen worden beschouwd. Dit zijn fragmenten van cellen die nodig zijn voor de implementatie van hemostaseprocessen.
